Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТРУБ НА ТРУБОПРОКАТНЫХ УСТАНОВКАХ С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ

Изобретение относится к трубному производству, а именно к способу производства бесшовных горячекатаных труб, и может быть использовано при производстве бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, имеющими в своем составе станы поперечно-винтовой прокатки.

В трубном производстве известен способ производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, согласно которому нагретые до температуры пластичности (1250-1300)°C слитки-заготовки задают в стан поперечно-винтовой прокатки и прошивают в гильзы с вытяжкой µ_пр, гильзы прокатывают на пилигримовых станах в трубы с вытяжкой µ_пил, которая зависит от геометрических размеров гильз и прокатываемых труб (Данилов Ф.Н., Глейберг А.З., Балакин В.Г. Горячая прокатка труб. Металлургиздат, 1962, с.300-301).

Недостатком данного способа производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами является относительно высокий расходный коэффициент металла, вызванный образованием технологических отходов в виде пилигримовых головок затравочных концов, которые составляют основную долю отходов металла при производстве труб данным способом.

Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных горячекатаных труб на установках с пилигримовыми станами, включающий нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку их в стане поперечно-винтовой прокатки с разной вытяжкой по длине µ_пр и µ_пр1, где максимальная вытяжка µ_пр1 приходится на участок гильзы, образующий пилигримовую головку (патент РФ №2151658, Кл. B21B 19/004, B21B 21/00, бюл. №18 от 27.06.2000 г.).

Недостатком данного способа производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами является снижение величин подач при установившемся процессе в зависимости от снижения температуры гильз от начала к концу прокатки, особенно при прокатке тонкостенных и труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов, и увеличение нагрузок на привод пилигримового стана при фиксированной величине подачи, а также не уточнены необходимые вытяжки в конце прокатки, при которых не происходит смятия задних концов гильз от динамических ударов в процессе прокатки, и оптимальные размеры профилей задних концов гильз, образующих пилигримовые головки, т.е. снижение их масс в зависимости от прокатки гильз i-го размера в трубы j-го размера.

Задачей предложенного способа является прокатка труб-плетей с фиксированной величиной подачи при установившемся процессе прокатки от затравки до обкатки пилигримовых головок при минимальных колебаниях нагрузок на привод стана, исключение смятия задних концов гильз от динамических ударов в процессе прокатки и получение оптимальных размеров профилей задних концов гильз, образующих пилигримовые головки, снижение их масс в зависимости от прокатки гильз i-го размера в трубы j-го размера.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающем нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку их в стане поперечно-винтовой прокатки в конусные гильзы с разными вытяжками по длине и с последующей прокаткой на пилигримовом стане в трубы с постоянной величиной подачи в очаг деформации и постоянной вытяжкой, выведение пилигримовых головок из гильз, порезку труб-плетей на трубы-краты и удаление технологических отходов - пилигримовых головок и затравочных концов пилой горячей резки, при этом прошивку производят в гильзы, имеющие форму полого усеченного конуса с большим основанием на переднем конце по ходу прошивки гильз, а меньшим - на заднем конце, путем увеличения вытяжки плавным сведением рабочих валков относительно оси прокатки от начала прошивки к концу на величину L, значение которой определяют из выражения , где D - наружный диаметр переднего конца конусной гильзы - диаметр большего основания полого усеченного конуса, мм; d - наружный диаметр заднего конца конусной гильзы - диаметр меньшего основания полого усеченного конуса, мм, а прокатку на пилигримовых станах в трубы производят, задавая гильзы передним концом с постоянной величиной подачи и с переменной вытяжкой, формируя пилигримовые головки из задних концов гильз.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами отличается тем, что прошивку производят в гильзы, имеющие форму полого усеченного конуса с большим основанием на переднем конце по ходу прошивки гильз, а меньшим - на заднем конце, путем увеличения вытяжки плавным сведением рабочих валков относительно оси прокатки от начала прошивки к концу на величину L, значение которой определяют из выражения , где D - наружный диаметр переднего конца конусной гильзы - диаметр большего основания полого усеченного конуса, мм; d - наружный диаметр заднего конца конусной гильзы - диаметр меньшего основания полого усеченного конуса, мм, а прокатку на пилигримовых станах в трубы производят, задавая гильзы передним концом с постоянной величиной подачи и с переменной вытяжкой, формируя пилигримовые головки из задних концов гильз. Таким образом, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сравнение заявляемого способа не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что соответствует патентоспособности «изобретательский уровень».

Определение теоретически необходимых вытяжек по длине гильз при прошивке в стане поперечно-винтовой прокатки позволит производить прокатку их на пилигримовых станах в трубы с фиксированными величинами подач, с минимальными колебаниями нагрузок на приводы пилигримовых станов, снизить массу пилигримовых головок и исключить деформацию (сминание) задних концов гильз при прокатке тонкостенных труб (180-220 подач - ударов подающего аппарата).

Способ опробован на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16′′ ОАО «ЧТПЗ» при прокатке труб размером 377×9 и 426×10 мм из слитков диаметром 15′′ и 16′′ по существующей согласно патенту РФ №2151658 и по предлагаемой технологиям. Данные по прошивке слитков в стане поперечно-винтовой прокатки, прокатке труб размером 377×9 и 426×10 мм на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами и сдаче труб по существующим и предлагаемой технологиям приведены в таблице 1.

Процесс прошивки осуществляли следующими способами. При прокатке труб размером 377×9 мм из слитков размером 555/505×1700 мм по существующей технологии на стане поперечно-винтовой прокатки получали цилиндрические гильзы размером 540хвн.390×3330 мм с постоянной вытяжкой µ=1,95. По патенту №2151658 получали гильзы размером 540хвн.390×3400 мм, которые с переднего конца на длине 2800 мм имели наружный диаметр 540 мм, а на заднем конце на длине 600 мм он снижался до 530 мм, т.е. вытяжка плавно возрастала с 1,95 до 2,52. По предлагаемой технологии получали гильзы размером 540-520хвн.390×3600 мм за счет плавного сведения рабочих валков стана поперечно-винтовой прошивки от начала прошивки к концу на величину L=15 мм. Значения вытяжек µ_пр и µ_пр1 определяли согласно формулы изобретения. В процессе прошивки вытяжка µ_пр=1,95 в начале прошивки плавно увеличивалась до µ_пр1=2,44. Вытяжку µ_пр1 бесконтрольно увеличивать нельзя, т.к. длина гильзы увеличивается с увеличением µ_пр1. Гильзу длиннее 3600 мм прокатывать на существующем пилигримовом стане нецелесообразно, т.к. передние - затравочные концы выходят за линию центров валков, что приводит к их смятию, т.е. увеличению их длины, а следовательно, к увеличению расходного коэффициента металла. Прокатка труб данного размера из гильз с толщиной стенки на заднем конце 60 мм и менее приводит к смятию заднего конца, а следовательно, к увеличению массы пилигримовых головок. По предлагаемому способу прокатку труб на пилигримовом стане производили согласно формуле изобретения. После прокатки от всех труб были удалены пилой горячей резки технологические отходы - пилигримовые головки и затравочные концы. Средняя величина затравочных концов труб во всех случаях составила 540 мм или массой 44,1 кг. Средняя масса пилигримовых головок составила, соответственно, 245, 185 и 183 кг, т.е. при прокатке конусных концов гильз под пилигримовую головку было получено снижение массы пилигримовых головок на 60 и 62 кг, т.е. массы пилигримовых головок во втором и третьем случаях находятся на одном уровне. Прокатку труб на пилигримовом стане из гильз, прошитых по существующей технологии, производили со средней величиной подачи гильз в очаг деформации m=19,5 мм. Нагрузка на привод пилигримового стана при установившемся процессе прокатки возрастала с 5,0 до 6,5 кА. При прокатке гильз, прошитых по патенту №2151658, нагрузка на привод стана также возрастала с 5,0 до 6,5 кА при средней величине подачи гильз в очаг деформации m=20,0 мм. При прокатке конусных гильз на пилигримовом стане по предлагаемому способу со средней подачей m=20,5 мм из-за плавного снижения вытяжки по длине гильз нагрузка на привод пилигримового стана изменялась незначительно, а именно возросла от начала к концу прокатки на 0,5 кА. Аналогичная картина получена и при прокатке труб размером 426×10 мм из слитков размером 585/540×1700 мм. Средняя масса пилигримовых головок составила, соответственно, 308, 236 и 231 кг. Колебание нагрузок на привод пилигримового стане составило от 5,5 до 6,0 кА против от 5,5 до 7,0 по существующему способу прошивки гильз и по патенту №2151658, что дало возможность вести процесс прокатки труб-плетей с одной подачей гильз в очаг деформации от начала прокатки к концу, а именно 19,0 мм против 18,5, что дает возможность повысить производительность пилигримового стана на 2,7% при одновременном снижении поперечной разностенности труб.

Таким образом, из таблицы 1 видно, что по предлагаемому способу производства горячекатаных тонкостенных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, относительно способа по патенту №2151658, получено снижение расходного коэффициента металла от 7,7 до 8,5 кг на тонну труб. Внедрение данного способа позволит стабилизировать величину подачи, снизить поперечную разностенность труб и снизить среднее значение колебаний нагрузок на привод пилигримового стана от 8,0 до 8,5%.

Использование предлагаемого способа производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами позволит снизить расход металла за счет снижения массы пилигримовых головок и снижения поперечной разностенности при прокатке труб-плетей с фиксированными величинами подач, повысить производительность пилигримовых установок за счет увеличения средних величин подач, исключить смятие задних концов гильз за счет определения теоретически необходимых вытяжек на задних концах гильз.